JP2007002204A - 水溶性接着剤 - Google Patents

Abstract

【課題】 ショ糖やリン酸塩をそれぞれ単独で接着剤として用いた場合、ダステイング現象を抑制するために２００℃を越える高い加熱温度が必要であった。また水溶性熱硬化樹脂のみではホルマリンの放出量が多いため環境負荷が大きいという課題があった。
【解決手段】 ショ糖とリン酸塩を組合せた組成物（Ｉ）、組成物（Ｉ）に水溶性熱硬化樹脂を組合せた組成物（ＩＩ）からなる水溶性接着剤は２００℃以下の加熱温度でダステイング現象が解消され、さらに水溶性熱硬化樹脂のみに比べ、組成物（ＩＩ）はホルマリンの放出量が減じられ環境負荷も小さくなった。
【選択図】なし

Description

本発明は、ショ糖にリン酸塩を組合せた組成物（Ｉ）。または組成物（Ｉ）に水溶性熱硬化樹脂を組合せた組成物（ＩＩ）を用い強化材料などを接着させた成形体は、例えば断熱構造材料、電気絶縁材料、建築材料などの用途に利用することができる。

接着剤の主成分であるショ糖はぶどう糖と果糖からなる２糖類で１８５℃付近に融点を有する。さらに２３０〜２５０℃の温度になると加熱分解が進み硬化する。硬化物は水に対して不溶となる。これらの性状を活用することにより環境負荷の小さい接着剤を開発（例えば特許文献１参照）しようとする動きある。
特開２００３−１９２４４０号公報

ショ糖を接着剤に応用しようとする動きについては環境問題が強く叫ばれるようになった最近のことである。一方リン酸塩は古くから知られた接着剤である。耐熱性の強化材料，例えばガラス繊維やセラミック繊維をリン酸塩で固めた成形体（例えば特許文献２参照）は耐熱性や電気絶縁性が必要な電気絶縁材料や熱伝導率の小さい断熱構造材料として利用されている。ところでリン酸塩単独を接着剤として用いた場合にはダステイング現象（吸湿性、水溶性などを呈する現象）が起りやすく、それを防止するために４００〜５００℃の加熱温度が必要である。２００℃以下の加熱温度でダステイング現象を抑制するためには中性、または塩基性の無機粉末、たとえば酸化マグネシウム、酸化カルシウム、水酸化アルミニウムなどを組合せて用いる。これはリン酸塩の活性なプロトン（Ｈ^＋）と無機粉末を反応させることにより、ダステイング現象を抑制しようとする手法である。ただしこの手法は従来公知（非特許文献１参照）である。
特開平５−１５１８５２号公報 「（株）シーエムーシ社、無機高分子の合成と応用、ｐ２３９〜２５１、１９８２」

この発明では、リン酸塩を従来のように接着剤として利用するのではなく、この発明の接着剤の主成分であるショ糖の低温硬化剤として利用する。ショ糖は前記のように１８５℃付近に融点を有し、２３０〜２５０℃の加熱を行なうことによりダステイング現象が防止できるが２００℃以上と高い加熱が必要である。つぎに水溶性熱硬化性樹脂について説明する。水溶性熱硬化性樹脂としてはフェノール樹脂、レゾルシノ−ル樹脂が代表的である。水溶性にするためにフェノールやレゾルシノ−ルをアルカリ触媒下でホルマリンと反応させて、それぞれの樹脂を製造する。アルカリ触媒下でホルマリンを反応させたものはレゾール型で水やアルコールに溶解する。これら水溶性熱硬化樹脂もそれぞれ単独で接着剤として利用されている。たとえば合板，ハードボードなどの接着剤として知られている。いずれも２００℃以下で硬化しダステイング現象が起こらないが、最大の課題は、ホルマリンが多く発生し、建材などに使用するとシックハウス病などの原因となる。

以上のようにリン酸塩やショ糖などの接着剤を単独で用いた場合には、２００℃を越える高い加熱温度を必要とする。したがって２００℃以下の加熱温度では、ダステイング現象を抑制することができないという課題がある。一方、水溶性熱硬化樹脂は２００℃以下で硬化し、ダステイング現象を起さないがホルマリンを放出するため環境破壊を起し易いという課題がある。

この発明ではショ糖とリン酸塩を組合せることにより、双方材料がもつＨ基やＯＨ基同志が相互作用し新たな高分子を形成するためか加熱温度を２００℃以下で行なってもダステイング現象が起こらないという事実。またリン酸塩と水溶性熱硬化樹脂も反応し合い低温硬化が計れ、またショ糖の接着性も有効に活用でき環境負荷の小さい接着剤となった。

請求項１にかかわる発明は、この発明の水溶性接着剤の組成に関するものである。この発明ではショ糖とリン酸塩を組合せた組成物（Ｉ）。または組成物（Ｉ）に水溶性熱硬化樹脂を組合せた組成物（ＩＩ）を接着剤としたことを特長としている。組成物（Ｉ）は２００℃以下の加熱温度でダステイング現象のない環境負荷の小さい新しい接着剤である。組成物（ＩＩ）は水溶性熱硬化樹脂を組合せため、さらに接着強度を高め、また組成物（Ｉ）と組合せるため量も少なくでき、したがってホルマリン量も減じることができる。

請求項２にかかわる発明は、この発明の接着剤の組成比率に関するものである。組成物（Ｉ）はショ糖８０〜９８重量％、リン酸塩２〜２０重量％の組成比率（いずれも固形分換算値）からなる水溶性接着剤である。

請求項３にかかわる発明は、水溶性熱硬化性樹脂を組成物（Ｉ）に組合せて作製した組成物（ＩＩ）の組成比率に関するものである。組成物（Ｉ）１００重量部に水溶性熱硬化樹脂を２．０〜３３．３重量部（いずれも固形分換算値）の範囲からなる水溶性接着剤である。

この発明のショ糖とリン酸塩からなる組成物（Ｉ）の組成範囲について説明する。ショ糖８０％未満（リン酸塩２０重量％をこえる）の場合にはリン酸塩の量が多いため、２００℃以下でダステイング現象を抑制することが困難となる。一方ショ糖が９８重量％を越える場合（リン酸塩２重量部未満）にはショ糖の性状が現れ易くなり，２３０〜２５０℃の加熱が必要となる。したがって２００℃以下ではダステイング現象を押さえることができない。
組成物（ＩＩ）は組成物（１）１００重量部に対して２〜３３．３重量部の範囲で用いる。水溶性熱硬化樹脂が２重量部未満の場合には組成物（Ｉ）の性状と変らず、水溶性熱硬化樹脂を組合せた効果が乏しい，一方水溶性熱硬化樹脂が３３．３重量部を越えると樹脂自体の影響が樹脂量に比例して大きくなり，当然樹脂中に存在するホルマリン量も多くなる。

ショ糖とリン酸塩を組合せた組成物（Ｉ）は２００℃以下の加熱温度でダステイング現象が抑制されるため低い加熱温度で使用可能な接着剤となる。組成物（ＩＩ）は組成物（Ｉ）にさらに水溶性熱硬化樹脂を組合せることにより接着強度を高め、ホルマリン量も樹脂自体より減ずることができ環境負荷を少なくした接着剤である。これら発明による接着剤を用い、種々の強化材料、例えば無機質繊維（ガラス繊維、ロックウール繊維）、有機質繊維（綿布、紙など）などを接着した成形体は断熱構造材料，建築材料として利用できる。２００℃以下の加熱温度で製造できるため新規投資が必要でなく、従来設置の設備で対応可能である。また熱エネルギーの低減や作業効率の向上などが計られ、得られる製品コストが安価となるなど多くの効果が期待できる。

ショ糖とリン酸塩を組合せた組成物（Ｉ）および組成物（Ｉ）に水溶性熱硬化樹脂を組合せた組成物（ＩＩ）を接着剤として用いる。ショ糖は市販のショ糖粉末を水で溶解させて５０％濃度に調製したものを使用する。リン酸塩（第１リン酸アルミニウム、第１リン酸マグネシウム）は５０％濃度のリン酸塩水溶液が市販されているのでこれを利用すると便利である。組成物（Ｉ）はそれぞれ５０％濃度のショ糖およびリン酸塩を前記組成範囲内に調製して強化材料の接着剤として利用する。組成物（ＩＩ）に用いる水溶性熱硬化樹脂は市販のフェノール樹脂やレゾルシノール樹脂の５０％水溶液を組成物（Ｉ）に所定量組合せて利用する。いずれも５０％濃度に調製したものであるが、強化材料の種類によっては濃度調整や接着剤の付着量は適宜調整して用いる必要がある。

つぎに本発明の水溶性接着剤を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。

実施例１

ショ糖粉末（台糖（株）、白糖）を水に溶解させ５０％ショ糖水溶液を作製した。リン酸塩として第一リン酸アルミニウム（多木化学（株）、５０％水溶液）を用いた。ショ糖水溶液９８重量％とリン酸塩水溶液２重量％を攪拌混合してこの発明の組成物（Ｉ）の水溶性接着剤を調製した。組成物（Ｉ）の水溶性接着剤は、ショ糖９８重量％，リン酸塩２重量％（いずれも固形分換算値）である。
実施例２

ショ糖水溶液（実施例１と同じ）とリン酸塩として第一リン酸マグネシウム水溶液５０重量％（米山化学（株）を用いた。ショ糖水溶液８０重量％とリン酸塩２０重量％を攪拌混合してこの発明の組成物（Ｉ）の水溶性接着剤を作製した。組成物（Ｉ）の水溶性接着剤はショ糖８０重量％、リン酸塩２０重量％（いずれも固形分換算値）である。
実施例３

実施例１と同じ組成物（１）を用いた。水溶性熱硬化樹脂としてフェノール樹脂（５０％水溶液、レゾール型）を用いた。実施例１の組成物（Ｉ）１００重量部にフェノール樹脂３３．３重量部を攪拌混合して組成物（ＩＩ）の水溶液接着剤を調製した。
実施例４

実施例２と同じ組成物（Ｉ）を用いた。水溶性熱硬化樹脂としてレゾルシノール樹脂（５０％水溶液，レゾール型）を用いた。実施例２の組成物（Ｉ）１００重量部にレゾルシノール樹脂２重量部を攪拌混合して組成物（ＩＩ）の水溶液接着剤を調製した。
比較例１

実施例１のショ糖水溶液５０％水溶液のみを用いた。
比較例２

実施例１のリン酸塩（第一リン酸アルミニウム，５０％水溶液）のみを用いた。
比較例３

実施例３の水溶性熱硬化樹脂（フェノール樹脂，５０％水溶液）のみを用いた。

実施例１〜４および比較例１〜３による試料の耐水性と接着強さを調べた。

耐水性を評価する試料は幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍのガラスペーパ２０枚を準備した。この発明による実施例および比較例の水溶性接着剤中に１枚づつ浸漬し含漬させた。以上の作業を繰り返し２０枚処理した。これをすべて重ね合わせ厚さ４〜５ｍｍ，幅長さとも５０ｍｍの寸法品を８０℃で２４ｈ乾燥後、２００℃で４時間加熱して耐水性（ダステイング現象）を調べる試料とした。接着強さを調べる試料は、耐水性を調べる試料と同様にガラスペーパを用い、幅５ｍｍ、長さ５０ｍｍの寸法品に裁断して使用した。耐水性を調べる試料と同様に一枚づつ水溶性接着剤中に浸漬させたのち，２枚を先端が２ｍｍ重なるように接着させてクリップで挟み、以下耐水性を調べる試料と同様に加熱処理した。試料の寸法は幅５ｍｍ、長さ９８ｍｍである。

試験方法として、耐水性は試料を１２０℃で４時間乾燥して初期重量を測定した。つぎに５００ｃｃの水に１試料を入れ２４時間浸漬させた。外観変化を確認後、再び１２０℃で４時間乾燥させ、浸漬後乾燥重量を測定した。初期重量から浸漬後乾燥重量の差を初期重量で除して百分率で表した。値が大きいほど耐水性が劣ることを示し、ダステイング現象を発生した。また肉眼観察では外観変化や柔軟性などを観察した。

接着強度の測定は試料の一端をバネはかり支持部に固定し、他端をバネはかり（０〜２００Ｎ）に取り付けて接着層（２ｍｍ）の破壊する荷重を測定した。なおこの場合にも試験前の試料の外観を観察した。

実施例の測定結果を表１に示し、比較例の測定結果を表２にそれぞれ示す。

本発明による水溶性接着剤は表１の測定結果より明らかなように、２００℃以下の加熱温度でダステイング現象を生じないものとなった。この水溶性接着剤を用い、強化材料を結合させた成形体は、断熱構造材料、建築材料などの用途に利用できる。

例えばガラス繊維を強化材料とした成形体は曲げ強さ１００ＭＰａ以上、圧縮強さ１５０ＭＰａ以上の高強度成形体となる。またロックウールを用いた場合には水溶性接着剤の濃度を１０％以下に希釈して使用し、スプレーガンなどで付着させて成形したものは熱伝導率が０．１Ｋｃａｌ／ｍ．ｈ．℃以下の断熱成形体となる。また綿布を強化材料とした場合、環境負荷の小さい成形体が得られる。

Claims (3)

1. ショ糖とリン酸塩からなる組成物（Ｉ）。またはこの組成物（Ｉ）に水溶性熱硬化樹脂を組合せた組成物（ＩＩ）からなる水溶性接着剤。
2. 組成物（Ｉ）は、ショ糖８０〜９８重量％、リン酸塩２〜２０重量％の組成比率（いずれも固形分換算値）である請求項１記載の水溶性接着剤。
3. 組成物（ＩＩ）は、組成物（Ｉ）１００重量部に水溶性熱硬化樹脂２．０〜３３．３重量部（いずれも固形分換算値）を組合せた水溶性接着剤。